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微创医疗机器人手术具备痛苦少、操作方便、定位精度高等优点得到了广大医生的认可,具有广阔的应用前景。现代外科手术的发展趋势是朝着无创和微创方向发展,介入手术代替了传统的“开放式”手术,以微小的创伤实现了治疗,但是传统的血管介入手术对医生的专业技能要求很高以及要在X射线下进行手术,对医护人员的身体健康和手术质量会有较大的影响,因此,将机器人技术应用于介入手术,研究一种能辅助医生进行手术操作并减少对病人和医护人员X射线辐射伤害的医疗机器人具有很重要的意义。
根据血管介入手术机器人的功能要求及其特殊的使用环境,我们将机器人分为下部支撑机械臂和上部推进机构,本文重点阐述了上部推进机构的设计分析及其运动控制系统的实现,主要工作内容如下:
本文根据医生在实际的血管介入手术过程中对导管的操作动作及其手术的任务要求,将机器人推进机构的功能分为:轴向推进、周向旋转和轴向距离的实时检测三个部分。完成机器人推进机构的方案设计、机构综合及选型,建立机器人推进机构的三维模型进行虚拟样机设计和机构的优化设计,并完成了物理样机的加工制作和调试。
本文对推进机构进行了振动分析,主要是对旋转部件由于偏心质量引起的振动进行了理论分析计算,求出了机构回转振动的固有频率,与步进电机驱动的脉冲频率进行比较,得出机构旋转的适宜速度范围。
本文对推进机构运动控制系统进行了开发,主要是基于可编程多轴控制器的运动控制系统的实现,并用VB编写了上位机的控制软件,实现了推进机构的自动控制,为机构的精度测试等实验提供了便捷的平台。
最后本文对血管介入手术机器人进行了实验研究,主要对推进机构进行了精度测试实验,以及系统的模拟实验。
本文的研究不仅证明了机器人技术与血管介入手术结合的可行性,而且从功能和精度上满足了手术的基本要求,为以后的研究打下了坚实的基础,具有一定的指导意义。